Comment sélectionner la sonde d’oscilloscope qui convient à votre application ?

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La sonde d’oscilloscope est un élément fondamental de tout système de mesure analogique. Sans sonde appropriée, le meilleur des oscilloscopes n’est d’aucune utilité. Il est donc essentiel de choisir la bonne sonde pour connecter le circuit sous test à votre oscilloscope. Avant de choisir une sonde, il est important de comprendre le mode de fonctionnement et de spécification des sondes. Le rapport d’atténuation, la largeur de bande, l’impédance et la capacité sont des spécifications que tous les utilisateurs doivent connaître avant de commencer à utiliser un oscilloscope.

Contenu

Qu’est-ce qu’une sonde d’oscilloscope ?

Une sonde d’oscilloscope établit un contact physique avec un point de test et transmet à l’oscilloscope les données du signal électrique provenant du circuit testé. Il existe plusieurs types de sondes d’oscilloscope qui répondent à différents besoins en matière de test et de mesure, notamment les sondes passives, actives, différentielles et de courant. Au niveau de base, les sondes d’oscilloscope se composent d’une pointe de sonde conductrice, d’une tête de sonde destinée au réglage manuel et d’un câble qui se connecte à l’oscilloscope.

Sondes actives et passives

Figure 1 : Les sondes actives et passives sont compatibles avec différentes applications et répondent à divers critères de mesure. Pour en savoir plus.

Sondes passives

Les sondes passives sont les plus utilisées dans les applications et sont composées uniquement d’éléments de circuit passifs. Elles peuvent fournir une connectivité directe 1:1 entre le point testé et l’entrée de l’oscilloscope, ou une atténuation d’une valeur particulière à l’aide d’un diviseur de tension ou d’un autre circuit. Les sondes passives sont généralement peu coûteuses, robustes et flexibles. Elles servent à mesurer la tension et sont dotées d’une bande passante relativement faible. Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur chaque spécification présentée dans le tableau 1.

Sondes passivesSP500XSP500CCP500XCP400X
Bande passante500 MHz500 MHz500 MHz400 MHz
Rapport d’atténuation10:1100:110:110:1
Résistance d’entrée10 MΩ100 MΩ10 MΩ10 MΩ
Capacité d’entrée11 pF4,6 pF10 pF13 pF
Gamme de compensation de la capacité10-25 pF10-25 pF7-25 pF10-40 pF
Temps de montée0,9 ns0,9 ns0,7 ns0,9 ns
Tension d’entrée maximale300 V
(CC + Pic CA)
300 V
(CC + Pic CA)
60 V
(CC + Pic CA)
60 V
(CC + Pic CA)
Impédance d’entrée de l’oscilloscope1 MΩ1 MΩ1 MΩ1 MΩ
ConnecteursBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sondeBNC vers BNCBNC vers BNC
Longueur de câble1,2 mètre1,2 mètre1,2 mètre2 mètres

 

Tableau 1 : NI propose des sondes passives qui ont été sélectionnées afin d’optimiser les performances ses oscilloscopes.

Compatibilité des sondes passives avec les oscilloscopes NI

Les oscilloscopes PXI ne peuvent pas tous être utilisés avec l’ensemble des sondes : la plage de capacité d’entrée de 1 MΩ d’une sonde passive ne correspond pas nécessairement à la capacité d’entrée de 1 MΩ d’un oscilloscope donné. Les sondes d’oscilloscope NI sont toutes dotées de connexions BNC. Les oscilloscopes PXI disposant de connecteurs SMA ou SMB en face avant devront être équipés d’adaptateurs, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.

Oscilloscope NISP500XSP500CCP500XCP400X
PXIe-5105
PXIe-5110
PXIe-5111
PXIe-5113
PXIe-5114
PXIe-5122
PXI-5124
PXI-5142
PXI-5152
PXI-5153
PXI-5154
PXIe-5160
PXIe-5162
PXIe-5163
PXIe-5164
PXIe-5170
PXIe-5171
PXIe-51721111
PXI-5922

 

1 Nécessite un adaptateur SMB vers BNC.

Tableau 2 : Les oscilloscopes PXI sont compatibles avec les sondes passives.

Effets de charge

Les sondes d’oscilloscope peuvent affecter les signaux de plusieurs manières. La résistance d’entrée, la capacité et la bande passante d’une sonde déterminent les changements qu’elle impose au signal qu’elle transmet à l’oscilloscope. Cette section porte sur les phénomènes physiques à l’origine de ces modifications. Pour voir des applications pratiques de ces effets, consultez la section Exemples des effets de charge.

L’impédance du circuit et d’entrée de l’oscilloscope produisent ensemble un filtre passe-bas. Pour les très basses fréquences, le condensateur agit comme un circuit ouvert et a peu ou pas d’effet sur la mesure. Pour les hautes fréquences, l’impédance du condensateur devient significative et charge la tension observée par l’oscilloscope. La figure 2 présente cet effet dans le domaine fréquentiel. Si l’entrée est une onde sinusoïdale, l’amplitude tend à diminuer avec l’augmentation de la fréquence et la phase est décalée.

Figure 2 : La réponse en fréquence d’une sonde passive diminue lorsque la fréquence du signal mesuré augmente.

La charge affecte également la réponse de l’oscilloscope à une variation progressive de la tension. La charge due à l’impédance d’entrée de l’oscilloscope (et à la capacité de la sonde) peut être divisée en deux parties : charge résistive et charge capacitive. La figure 3 présente la charge d’entrée de la sonde et de l’oscilloscope divisée en charge résistive et charge capacitive, qui peuvent être analysées indépendamment. La charge résistive est entièrement due à la résistance d’entrée de l’oscilloscope, tandis que la charge capacitive est due à la capacité de la sonde combinée à la capacité d’entrée de l’oscilloscope.

Figure 3 : La charge d’un circuit peut être divisée en (a) charge résistive et (b) charge capacitive.

Le circuit à charge résistive de la figure 3 est un autre exemple de circuit diviseur de tension. La tension fournie à l’entrée de l’oscilloscope, VIN, est donc une réplique de Vs mais avec une amplitude réduite. L’équation 1 présente la formule du produit de la tension dans le temps pour VMAX.

Équation 1 : Cette formule illustre le comportement d’un circuit diviseur de tension avec une charge résistive.

L’effet de la charge capacitive est plus complexe et se traduit par une réponse exponentielle de la tension. VIN st un produit de l’échelon de tension VSqui va de zéro volt à VMAX volts dans le temps, comme le montre l’équation 2.

Les effets de la charge capacitive se traduisent par un comportement logarithmique dans le temps.

Équation 2 : Les effets de charge capacitive se traduisent par un comportement logarithmique dans le temps.

Les réponses en échelon dues aux deux effets de charge sont présentées à la figure 4. La charge résistive modifie la taille de l’échelon de tension, mais ne change pas la forme de la waveform. La charge capacitive ralentit le temps de montée de l’échelon, mais finit par atteindre la même valeur finale que la réponse idéale. La largeur de bande et le temps de montée d’un système sont inversement proportionnels. Étant donné que la largeur de bande de l’instrument est effectivement réduite, les temps de montée et de descente des entrées d’impulsion augmenteront.

Il arrive que le modèle de circuit utilisé pour cette analyse ne soit pas précis pour tous les types de circuits pratiques. La résistance de sortie (capacité d’entraînement) des circuits numériques varie parfois en fonction de la tension de sortie, ce qui modifie l’effet de charge. Même si ce modèle n’est pas précis à 100 % pour un tel circuit, le principe de base de la charge résistive et capacitive s’applique toujours. La capacité de charge ralentira donc le temps de montée du signal, tandis que la charge résistive aura tendance à modifier l’amplitude de sortie. L’augmentation du temps de montée dans un circuit numérique se traduit par une augmentation du délai lorsque le signal atteint la porte logique suivante. En effet, le signal mettra plus de temps à atteindre le seuil logique, ce qui retardera la commutation de la porte suivante. L’impédance d’entrée de 1 MW de l’oscilloscope typique est suffisamment grande pour empêcher la charge résistive de la plupart des circuits numériques, mais la charge capacitive d’une sonde 1:1 introduira un retard significatif dans le signal.

Figure 4 : La charge résistive (a) modifie le niveau de tension d’un échelon tandis que la charge capacitive (b) provoque une réponse exponentielle.

Exemples d’effets de charge

Cette section présente deux exemples d’effets de charge causés par le sondage de circuits. Dans chaque exemple, les effets qui se produisent à la suite du sondage du circuit entraîneraient un changement fondamental du comportement du dispositif ou l’arrêt complet de son fonctionnement.

Charge capacitive

Un circuit LC, également appelé circuit à réservoir, contient un inducteur et un condensateur en parallèle. L’effet final de ce circuit est que la bobine de l’inducteur émet une fréquence de résonance à une valeur donnée déterminée par l’inducteur et le condensateur. La fréquence est régie par l’équation 3.

Équation 3 : Cette équation régit la fréquence de résonance d’un circuit LC.

Ce circuit est utilisé dans les tags RFID commerciaux, c’est pourquoi il servira d’exemple pour montrer l’effet de la charge. La figure 5 présente un circuit LC très courant dans une puce RFID.

Figure 5 : Les circuits LC sont utilisés dans les tags RFID. Il s’agit d’un circuit LC RFID très courant.

Il arrive que l’ingénieur qui conçoit ou teste ce circuit souhaite sonder la ligne contenant le condensateur. Si l’ingénieur fixe une sonde SP500X au point de potentiel élevé de ce circuit, la capacité de la sonde sera ajoutée en parallèle avec C1 entre le potentiel élevé et la terre, comme le montre la figure 6.

Sonde SP500X au point de potentiel élevé de ce circuit, la capacité de la sonde sera ajoutée en parallèle avec C1 entre le potentiel élevé et la terre

Figure 6 : La capacité d’entrée de la sonde sera ajoutée au circuit si elle n’est pas sondée de manière à empêcher le passage du courant.

La capacité supplémentaire de la sonde entraîne une modification de la fréquence de résonance du circuit LC conformément à l’équation 4.

Équation 4 : La capacité supplémentaire introduite par la sonde SP500X fait passer la fréquence de résonance du circuit LC à 0,93 fois sa fréquence d’origine.

En raison de ce changement de fréquence, le tag RFID émettra une fréquence très différente de celle de l’émetteur prévu, qui n’accumulera pas suffisamment d’énergie pour être détectée par le capteur ou pour être caractérisée fonctionnellement en vue d’un fonctionnement correct.

Charge résistive

Le circuit de l’oscillateur de la figure 7 contient une résistance d’une valeur de 10 mégohms en parallèle avec un inverseur CMOS. Les sondes ont une résistance d’entrée de 10 mégohms afin d’empêcher un flux de courant significatif à travers la sonde et d’éviter d’affecter le circuit testé. Dans ce cas, le circuit testé comprend un élément à haute résistance.

     

Figure 7 : Un circuit d’oscillateur de montre peut être simplifié fonctionnellement en représentation pour montrer comment la charge résistive peut affecter son fonctionnement.

Le potentiel à la jonction de CTRA In, de la résistance de 10 mégohms et de l’alimentation de l’oscillateur à quartz, est susceptible d’intéresser un ingénieur, comme le montre la figure 8. Ce point de sonde mettrait la résistance d’entrée de 10 mégohms de la sonde en parallèle avec la résistance de 10 mégohms, ce qui créerait un diviseur de tension. L’oscillateur à quartz de ce circuit est censé fonctionner avec une tension spécifique. Si l’oscillateur reçoit la moitié de la tension attendue, il risque de fonctionner de manière sporadique ou de ne pas fonctionner du tout.

Figure 8 : Une sonde parallèle à la résistance de 10 mégohms dans le circuit de l’oscillateur à quartz créera un diviseur de tension qui pourrait interrompre le fonctionnement de l’oscillateur.

Sondes 1:1

Les sondes 1:1 (une à une), également appelées sondes 1x, connectent l’entrée d’impédance 1 MΩ de l’oscilloscope au circuit à mesurer. Elles sont conçues pour minimiser les pertes et faciliter la connexion, mais pour le reste, elles équivalent à l’utilisation d’un câble pour connecter l’oscilloscope. La figure 4 présente le schéma de circuit d’une entrée d’oscilloscope à haute impédance connectée à un circuit testé. Le circuit testé est modélisé comme une source de tension avec une résistance en série. La sonde 1:1 (ou le câble) introduit une capacité importante qui apparaît en parallèle avec l’entrée de l’oscilloscope. Une sonde 1:1 peut avoir une capacité comprise entre 40 et 60 pF, cette valeur étant généralement supérieure à la capacité d’entrée de l’oscilloscope.

La construction des sondes 1:1 ne permet pas d’obtenir le même niveau de performance qu’avec une sonde d’atténuation, comme nous l’expliquerons dans la section consacrée aux sondes 10:1.

Sondes 10:1

Les sondes 10:1 (également appelées sondes 10x, sondes diviseuses ou sondes d’atténuation) comportent une résistance et un condensateur (en parallèle). La figure 8 présente le circuit d’une sonde 10:1 connectée à une entrée à haute impédance d’un oscilloscope. Si R1C1 = R2C 2, alors ce circuit a pour résultat étonnant que l’effet des deux condensateurs s’annule exactement. Dans la pratique, cette condition peut ne pas être remplie de manière exacte, mais elle peut être approchée. Le condensateur est généralement réglable et peut être ajusté pour obtenir une correspondance presque parfaite. L’équation 5 présente la relation entre Vs et VIN dans ces conditions.

Relation entre Vs et VIN

Équation 5 : Les sondes d’atténuation, notamment les sondes 10X, utilisent le principe du diviseur de tension décrit dans cette équation.

Cette équation rappelle celle du diviseur de tension. R2 est la résistance d’entrée de l’impédance d’entrée élevée de l’oscilloscope (1 mW) et R1 = 9R 2. L’équation 6 présente le résultat de l’équation 5 à l’aide d’une sonde 10X.

Équation 6 : Une sonde 10X produit 1/10 de la tension à l’entrée de l’oscilloscope.

Le résultat net est donc une combinaison de sonde et d’entrée d’oscilloscope qui a une largeur de bande beaucoup plus large que la sonde 1:1, en raison de l’annulation effective des deux condensateurs. La pénalité encourue est la perte de tension. L’oscilloscope ne voit plus qu’un dixième de la tension d’origine (d’où le nom de sonde 10:1). Notez également que le circuit mesuré présente une impédance de charge de R1 + R2 = 10 mW, ce qui est beaucoup plus élevé qu’avec la sonde 1:1. Certaines sondes sont conçues de manière à pouvoir passer facilement d’un fonctionnement 1:1 à un fonctionnement 10:1.

Figure 9 : L’effet des condensateurs dans une sonde passive est annulé lorsque C1 est réglé correctement.

Avec une sonde 10:1, les effets de charge résistive et capacitive sont réduits (par rapport à une sonde 1:1). Bien que la capacité d’entrée de l’oscilloscope soit idéalement annulée, il reste une capacité due à la sonde, CPROBE. Cette capacité, spécifiée par le fabricant, charge le circuit testé.

La perte de tension d’un facteur 10 n’est pas un problème tant que la tension mesurée n’est pas si faible que sa division par 10 la rend illisible par l’oscilloscope. La sensibilité de l’oscilloscope et la tension du signal peuvent donc être des facteurs déterminants pour l’utilisation d’une sonde 10:1. Sur la plupart des oscilloscopes, l’utilisateur doit se rappeler qu’il utilise une sonde 10:1, puis multiplier les mesures obtenues par un facteur de 10. C’est gênant. Voilà pourquoi certains oscilloscopes comportent deux marques d’échelle : l’une valable pour une sonde 1:1 et l’autre pour une sonde 10:1. D’autres oscilloscopes vont encore plus loin et ajustent automatiquement les lectures de la valeur correcte lors de l’utilisation d’une sonde d’atténuation.

Notez que certaines sondes 10:1 ont une résistance sur l’entrée de la sonde de sorte que la charge résistive est de 1 mégohm. Ces sondes ne représentent pas une amélioration de la charge résistive par rapport à la sonde 1:1, mais elles ont une charge capacitive moindre.

Autres sondes d’atténuation

Les sondes d’atténuation sont disponibles dans un certain nombre de valeurs telles que 50: 1 et 100: 1. Les principes généraux de ces sondes sont les mêmes que ceux de la sonde à diviseur 10:1 : le niveau de tension et la largeur de bande sont échangés de manière à obtenir une largeur de bande supérieure, les pertes dans la sonde sont plus importantes et la tension fournie à l’entrée de l’oscilloscope est plus faible. Un oscilloscope plus sensible peut s’avérer nécessaire pour les mesures de faible niveau. Il existe également des sondes passives d’une impédance de 50 Ω dotées de bandes passantes plus larges, mais d’applications limitées.

Compensation de la sonde

Pour maximiser la largeur de bande d’une sonde d’atténuation, le condensateur de la sonde doit être ajusté avec précision de manière à annuler la capacité d’entrée de l’oscilloscope. Une procédure appelée « compensation » permet d’atteindre cet objectif.

La sonde de l’oscilloscope est connectée à une source d’ondes carrées appelée calibrateur, elle-même intégrée à l’oscilloscope. La sonde est ensuite réglée pour que l’onde carrée soit aussi carrée et plate que possible.

Compensation de la sonde

Figure 10 : Un signal de référence est nécessaire pour effectuer la compensation de sonde. Il est possible d’utiliser les lignes PFI des oscilloscopes NI pour générer un signal de référence carré.

1. Connectez l’extrémité BNC de la sonde à CH0 de l’oscilloscope. S’il existe plusieurs réglages d’atténuation sur la sonde, choisissez celui qui vous permet de compenser la capacité.

2. Fixez un adaptateur de connectivité à l’extrémité de la sonde : il vous permettra d’établir une interface avec le calibrateur.

3. Connectez l’extrémité de la sonde à la source du calibrateur. Le calibrateur est PFI1 pour les oscilloscopes NI PXI.

4. Si vous utilisez une pointe de sonde séparée du câble de transmission, reliez-les ensemble à ce stade pour compléter le circuit de mesure. Les pointes de sonde qui fonctionnent de cette manière se connectent généralement avec une connectivité BNC ou SMB.

5a. Ouvrez le panneau avant du logiciel Scope (Menu Démarrer->Programmes->National Instruments->NI-SCOPE->Panneau avant du logiciel NI-SCOPE). Si vous avez plusieurs oscilloscopes ou numériseurs dans le système PXI, sélectionnez l’oscilloscope approprié dans le cadre de la compensation de sonde. Activez le signal de compensation de sonde à partir du menu Utilitaire dans la barre d’outils du panneau avant du logiciel Scope. Il est également possible d’activer le signal de compensation de sonde par programmation à l’aide du driver d’instrument NI-SCOPE.


Figure 11 : Le panneau avant du logiciel Scope est doté d’un utilitaire de compensation de sonde.

5b. Si vous utilisez un oscilloscope traditionnel en boîtier ou sur table, le panneau avant de l’instrument devrait désormais afficher le signal d’étalonnage.

6. Ajustez le condensateur réglable pour que la forme d’onde soit aussi carrée que possible. Les figures 12a et 12b représentent l’affichage de l’oscilloscope pendant la compensation avec une sonde surcompensée et une sonde sous-compensée. La figure 12c présente l’affichage lorsque la sonde est correctement compensée.

Les sondes surcompensées (a) et sous-compensées (b) représentent mal les signaux et conduisent à des mesures incorrectes. Les sondes correctement compensées (c) représentent la vraie nature du signal

Figure 12 : Les sondes surcompensées (a) et sous-compensées (b) représentent mal les signaux et conduisent à des mesures incorrectes. Les sondes correctement compensées (c) représentent la vraie nature du signal.

7. Répétez les étapes 1 à 6 pour chaque voie et sonde supplémentaire. Gardez à l’esprit que les voies d’oscilloscope sont conçues pour être très similaires, mais que de petits changements dans les composants peuvent modifier légèrement la capacité d’entrée. On observe également de légères différences dans la capacité nominale des sondes. Voilà pourquoi chaque voie de l’oscilloscope et chaque combinaison de sondes doivent être compensées individuellement.

Sondes actives

Jusqu’à présent, toutes les sondes examinées étaient des circuits passifs simples dépourvus de composants actifs, tels que des transistors et des amplificateurs. Les sondes actives sont idéales lorsqu’une capacité extrêmement faible est nécessaire pour les mesures à haute fréquence ou lorsqu’une mesure doit être isolée d’une référence de masse précise. Une sonde active utilise un amplificateur caractérisé par une très faible capacité sur son entrée. La sortie de l’amplificateur est généralement adaptée pour piloter l’entrée de 50 ohms de l’oscilloscope. Il est donc possible d’utiliser une longueur de câble de 50 ohms entre la sonde et l’oscilloscope sans autres effets de charge capacitive.

Le tableau 3 résume les spécifications typiques des différents types de sondes actives d’oscilloscope de tension qui ont été présentées. Les caractéristiques réelles varient en fonction du fabricant et du modèle.

Sondes activesSA1000X1SA1500X1SA2500X1DA200025X1
Bande passante1 000 MHz1 500 MHz2 500 MHz2 GHz
Configuration du terminalAsymétriqueAsymétriqueAsymétriqueDifférentiel
Rapport d’atténuation10:110:110:125:1
Tension d’entrée maximale20 V20 V20 V± 60 V (CC + Pic CA)
Tension d’entrée en mode commun± 8 V± 8 V± 8 V± 60 V (CC + Pic CA)
Tension d’entrée différentielle±​ 20 V (CC + Pic CA)
Résistance d’entrée1 MΩ1 MΩ1 MΩ500 kΩ
Capacité d’entrée0,9 pF0,9 pF0,9 pF1,2 pF
Impédance d’entrée de l’oscilloscope50 Ω50 Ω50 Ω50 Ω
ConnecteursBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sonde

 

1 Nécessite d’utiliser l’alimentation auxiliaire incluse. 

Tableau 3 : NI propose des sondes actives qui étendent les capacités de mesure des oscilloscopes PXI.

Compatibilité des sondes actives avec les oscilloscopes NI

Avec des effets de charge aussi faibles, toutes les sondes de tension actives proposées par NI sont compatibles avec l’ensemble des oscilloscopes PXI. Voici quelques considérations supplémentaires :

  • L’utilisation des sondes SA1000X, SA1500X, SA2500X ou DA200025X sur des voies d’oscilloscope BNC voisines nécessite parfois de recourir à un adaptateur BNC à BNC court en raison de la proximité.
  • Les PXIe-5105 et PXIe-5172 nécessitent un adaptateur SMB vers BNC.
  • Les PXIe-5170 et PXIe-5171 nécessitent un adaptateur SMA vers BNC.

Sondes différentielles

Certains oscilloscopes ont des entrées flottantes ou différentielles avec lesquels il est possible de connecter les deux fils de l’entrée en dehors de la terre. Le problème de la mise à la terre est alors évité.

Un oscilloscope à deux voies capable d’afficher les voies 1-2 (la différence entre les deux voies) peut être utilisé comme un oscilloscope à entrée flottante à une voie. L’oscilloscope est configuré pour afficher les voies 1-2. La voie 1 est connectée au point du circuit considéré comme étant la tension la plus positive. La voie 2 est connectée à l’autre point de tension, et la masse de l’oscilloscope est connectée à la masse du circuit. L’oscilloscope affiche donc la différence entre les deux points de tension sans qu’aucun d’entre eux ne doive être à la terre.

Une sonde différentielle résout ce problème, car elle fournit deux entrées de sonde d’oscilloscope qui peuvent être flottantes par rapport à la masse de l’oscilloscope. La tension de sortie de la sonde correspond à la différence entre les tensions des deux bornes d’entrée, ce qui lui permet de piloter l’entrée référencée à la terre d’un oscilloscope. L’amplification différentielle n’est pas parfaite et l’erreur est spécifiée en termes de rapport de réjection du mode commun (CMRR). Les deux entrées sont alimentées par le même signal afin de mesurer le CMRR. Idéalement, la sortie (qui est la différence entre les deux entrées) est toujours nulle. On constate toutefois une petite tension de sortie avec une sonde réelle.

Formule du CMRR

Équation 7. La sonde différentielle présente une erreur entre la voie active et la voie de référence, qui peut être mesurée en observant la différence entre la tension d’entrée et la tension de sortie de la sonde.

Le CMRR d’une sonde différentielle est généralement meilleur à basse fréquence et se dégrade à haute fréquence. Le CMRR est souvent exprimé en dB.

Sondes haute tension

Les sondes actives à haute tension sont utilisées pour les mesures qui comprennent des décalages de courant continu ou des modes communs élevés, ou de grandes plages de tension. Certaines sondes à haute tension servent à observer de petits changements au niveau des signaux qui ont des modes communs très élevés. Il s’agit par exemple de mesurer de petites variations de signaux sur des lignes de transmission d’énergie. L’autre cas d’utilisation des sondes actives haute tension est la réalisation d’une très grande plage de tension. Certaines sondes actives peuvent transmettre des signaux jusqu’à plusieurs kilovolts.

Sondes de courant

Les sondes de courant s’appuient généralement sur l’une des deux technologies suivantes. La plus simple utilise le principe d’un transformateur, dont l’un des enroulements est le fil mesuré. Les transformateurs ne fonctionnent qu’avec des tensions et des courants alternatifs, et les sondes de courant de ce type ne mesurent donc pas le courant continu.

L’autre type de sonde de courant (commercialisé par NI) utilise le principe de l’effet Hall. L’effet Hall produit un champ électrique en réponse à un courant présent dans un champ magnétique appliqué. Cette technique nécessite de recourir à une alimentation externe, mais permet de mesurer à la fois le courant alternatif et le courant continu (AC et DC).

Les sondes de courant mesurent le courant enfermé dans leurs mâchoires, et il est donc possible d’utiliser plusieurs techniques propres à la sonde de courant. Si la sensibilité de la sonde et de l’oscilloscope est trop faible pour une mesure particulière, plusieurs tours du fil porteur de courant peuvent être insérés dans les mâchoires. La sonde devra alors mesurer un courant plus important (le courant d’origine multiplié par le nombre de tours). De la même manière, il est possible de mesurer la différence entre deux courants si les deux fils en question sont insérés, mais avec les courants circulant dans la direction opposée (la somme sera mesurée si les courants circulent dans la même direction). La taille physique des fils et de la sonde de courant est bien sûr un facteur qui détermine le nombre de fils pouvant être insérés. Bien que le courant ne nécessite pas de connexion électrique directe, il retire tout de même de l’énergie au circuit testé. Cette petite perte d’énergie ne perturbe généralement pas le circuit, mais elle peut constituer un facteur perturbateur dans certains cas.

Sondes de courant1CC0550XCC05120XCC3050XCC30100XCC15010XCC5002X
Courant continu maximal5 AEFF5 AEFF30 AEFF30 AEFF150 A500 A
Tension de sortie (volts par ampère)1 V/A1 V/A0,1 V/A0,1 V/A0,01 V/A0,01 V/A
Bande passante50 MHz120 MHz50 MHz100 MHz10 MHz2 MHz
Temps de montée7 ns2,9 ns7 ns3,5 ns35 ns175 ns
Impédance d’entrée de l’oscilloscope1 MΩ1 MΩ1 MΩ1 MΩ1 MΩ1 MΩ
ConnecteursBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sondeBNC vers pointe de sonde

 

1 Nécessite d’utiliser l’alimentation PS-OP01 à deux voies ou l’alimentation PS-OP02 à quatre voies.

Tableau 4 : NI vend plusieurs sondes de courant Hioki, chacune d’entre elles nécessitant une alimentation Hioki pour fonctionner.

 Sonde de courant Hioki connectée à une alimentation à quatre voies

Figure 13. Sonde de courant Hioki connectée à une alimentation à quatre voies.

Compatibilité de la sonde de courant avec les oscilloscopes NI

Les oscilloscopes PXI ne peuvent pas tous être utilisés avec l’ensemble des sondes - Les sondes de courant Hioki ne sont compatibles qu’avec les oscilloscopes PXI dotés d’une entrée de 1 MΩ. L’utilisation de sondes de courant sur des canaux d’oscilloscope BNC adjacents peut nécessiter l’utilisation d’un adaptateur BNC à BNC court en raison de la proximité.

Oscilloscope NITous les modèles de sondes de courant Hioki
PXIe-51051
PXIe-5110
PXIe-5111
PXIe-5113
PXIe-5114
PXIe-5122
PXI-5124
PXI-5142
PXI-5152
PXI-5153
PXI-5154
PXIe-5160
PXIe-5162
PXIe-5163
PXIe-5164
PXIe-5170
PXIe-5171
PXIe-51721
PXI-5922

 

1 Nécessite un adaptateur SMB vers BNC.

Tableau 5 : Les oscilloscopes PXI sont compatibles avec les sondes de courant.


Figure 14 : Les sondes de courant Hioki nécessitent parfois des adaptateurs BNC courts lorsqu’elles sont utilisées sur des voies d’oscilloscope très proches les unes des autres.

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